Etude des régimes de combustion initiés par auto-inflammation et des interactions de la turbulence avec la cinétique réactionnelle chimique

par Stoyan Pounkin

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides et énergétique

Sous la direction de Philippe Guibert.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .


  • Résumé

    La combustion par auto-inflammation homogène est un mode de combustion alternatif qui permet d’envisager une réduction des émissions polluantes à la source grâce à une combustion théoriquement homogène (pas d’émission de suies), pauvre (limitation des émissions de CO2) et « froide » (peu d’émission de NOx). Cette combustion est contrôlée principalement par les mécanismes de cinétique chimique et par les hétérogénéités qui existent dans la chambre de combustion. Une machine à compression rapide (MCR) a été utilisée pour étudier ce mode de combustion alternatif. Une partie des travaux a consisté à la fiabilisation (reproductibilité) et la caractérisation (aérodynamique interne, paramètres de réglages) de la MCR. Une étude numérique à l’aide d’un modèle zéro-dimensionnel multi-zones de la MCR a permis d’étudier l’impact des hétérogénéités sur le déroulement de la combustion et de valider numériquement la MCR. L’étude expérimentale de la combustion a d’abord porté sur les paramètres influençant l’auto-inflammation (température, richesse, charge) puis sur l’initiation et le développement de la combustion, investigués par cinématographie rapide. L’influence de la turbulence sur le développement de la combustion a également été étudiée. Deux modes de propagation ont ainsi pu être distingués en fonction des conditions expérimentales. Finalement une méthodologie a été présentée, permettant la prédiction des différents régimes de combustion à travers la construction de diagrammes de combustion turbulente couplant les propriétés chimiques du carburant utilisé avec les propriétés turbulentes de l’écoulement dans la MCR

  • Titre traduit

    Study of auto-ignition combustion regimes and interactions between turbulence and kinetic reactional chemistry


  • Résumé

    Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) represents an alternative advanced combustion mode of great potential. Due to the homogeneity of combustion coupled with the compressed and lean premixed nature of the ignition, this mode can provide high-efficiency and low-NOx emissions. The combustion process is principally controlled by chemical kinetics and combustion chamber heterogeneities. A Rapid Compression Machine (RCM) has been used to study this combustion mode. Part of the study undertaken consisted in improving the reliability (reproducibility) and the characterization (internal aerodynamic, setting parameters) of the RCM. A numerical study with a 0D multizone model of the RCM allowed to determine the impact of heterogeneities on the combustion process and to validate numerically the RCM. The experimental study of combustion was initially focused on the parameters influencing the auto-ignition process (temperature, equivalence ratio, charge) and secondly on the initiation and development of combustion investigated through rapid cinematography. The impact of turbulence over the combustion development was also examined. Two propagation modes have been identified depending on the experimental conditions. Finally, a methodology allowing prediction of the different combustion regimes has been presented. This methodology is based on the theoretical elaboration of diagrams of turbulent combustion coupling the chemical properties of the fuel with the turbulent properties of the aerodynamic field in the RCM

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Informations

  • Détails : 1 vol. (360 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 338-360. 240 réf. bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
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  • Cote : T Paris 6 2012 268
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